Zinkhistoria, egenskaper, struktur, risker, användningar

han zink Det är en övergångsmetall som tillhör grupp 12 i det periodiska tabellen och representeras av Zn Chemical Symbol. Det är elementnummer 24 i överflöd i jordens cortex, som är i svaveliserade mineraler, såsom sphaleriten eller kolsyrad, såsom esmitsonit.

Det är en mycket känd metall i populärkulturen; Zinks tak är ett exempel, precis som tillskott för att reglera manliga hormoner. Det är i många livsmedel och är ett väsentligt element för oändliga metaboliska processer. Det finns flera fördelar med dess måttliga intag jämfört med de negativa effekterna av dess överskott i kroppen.

Zinklegeringstak från Riverside Museum. Källa: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

Zink har varit känd långt innan dess silverfärggalvaniserade stål och andra metaller. Mässingen, en legering av varierad sammansättning av koppar och zink, har varit en del av historiska föremål i tusentals år. Idag bevittnar dess guldfärg vanligtvis några musikinstrument.

Det är också en metall som alkaliska batterier tillverkas, eftersom dess reducerande kraft och enkel donation av elektroner gör det till ett bra alternativ som anodiskt material. Dess huvudanvändning är att galvanisera stål och täcker dem från en zink lek.

I dess derivatföreningar har ett oxidationsnummer eller tillstånd av +2 vanligtvis. Därför beaktas Zn -jonen²⁺ insvept i molekylära eller joniska miljöer. Medan Zn²⁺ Det är en Lewis -syra som kan orsaka problem inom celler, koordinerade med andra molekyler som positivt interagerar med enzymer och DNA.

Således är zink en viktig kofaktor av många metallo-enzymer. Trots dess enorma viktiga biokemi och glöd av dess blixtar och grönaktiga lågor att brinna, anses det inom vetenskapsvärlden vara en "tråkig" metall; Sedan saknar dess egenskaper attraktiviteten hos andra metaller, liksom deras smältpunkt är betydligt mindre än deras.

[TOC]

Historia

Antikvitet

Zink har manipulerat i tusentals år; Men obemärkt, eftersom de forntida civilisationerna, inklusive perser, romare, transilvans och greker, redan tillverkade föremål, mynt och mässingsvapen.

Därför är mässing en av de äldsta legeringarna som är kända. De förberedde det från Calamine Mineral, Zn₄Ja₂ANTINGEN₇(ÅH)₂· H₂Eller, vilken mark och värmde i närvaro av ull och koppar.

Under processen flydde de små mängderna metallisk zink som kunde ha bildats som en ånga, ett faktum som i flera år försenade dess identifiering som ett kemiskt element. När århundradena gick ökade mässingen och andra legeringar sitt zinkinnehåll, klädd i mer gråaceous.

Under det fjortonde århundradet, i Indien, hade de redan lyckats producera metallisk zink, vilket de kallade Jasada och de marknadsfördes vid den tiden med Kina.

Och så kunde alkemisterna få den för att utföra sina experiment. Det var den berömda historiska karaktären Paracelsus som kallade honom "Zincum", möjligen till likheten mellan zinkkristallerna med tänderna. Lite efter lite, mitt i andra namn och flera kulturer slutade namnet 'Zink' Curdling för denna metall.

Isolering

Medan Indien redan producerade metallisk zink sedan de 1300 åren, kom detta från metoden som använde Calamina med ull; Därför var det inte ett metallprov av betydande renhet. William Champion förbättrade denna metod 1738, Storbritannien, med en vertikal grumlig ugn.

1746 erhöll den tyska kemisten Andreas Sigismund Marggragra för "första gången" ett prov av ren zink från att värma kalaminen i närvaro av vegetabiliskt kol (ett bättre reducerande medel än ull), inuti en skål med koppar. Detta sätt att producera zink utvecklades kommersiellt och parallellt med mästaren.

Därefter utvecklades processer som slutligen blev kalamin, med zinkoxid istället; Det är, mycket lik den nuvarande pyrometallurgiska processen. Ugnarna förbättrades också och kunde producera mängder ökande zink.

Fram till dess fanns det fortfarande ingen tillämpning som krävde enorma mängder zink; Men det förändrades med bidrag från Luigi Galvani och Alessandro Volta, som gav plats för Galvaniseringsbegreppet. Volta utformade också vad som kallas galvanisk cell, och snart var zinken en del av utformningen av torra batterier.

Fysiska och kemiska egenskaper

Fysiskt utseende

Det är en gråaktig metall, vanligtvis tillgänglig i granulerad eller damm. Fysiskt är det svagt, så det representerar inte ett bra alternativ för applikationer där du ska stödja tunga föremål.

Det är också sprött, även om när det värms över 100 ºC blir det formbart och duktil; upp till 250 ºC, temperatur vid vilken den blir spröd och spray igen.

Kan tjäna dig: Oxácido

Molmassa

65,38 g/mol

Atomantal (z)

30

Smältpunkt

419.53 ºC. Denna låga smältpunkt är en indikation på dess svaga metallbindning. När smälter har det ett utseende som liknar det för flytande aluminium.

Kokpunkt

907 ºC

Självriktningstemperatur

460 ºC

Densitet

-7.14 g/ml vid rumstemperatur

-6.57 g/ml vid smältpunkten, det vill säga bara genom att smälta eller smälta

Fusionsvärme

7,32 kJ/mol

Förångningsvärme

115 kJ/mol

Molvärmekapacitet

25.470 J/(mol · k)

Elektronnegativitet

1.65 på Pauling -skalan

Joniseringsenergier

-Först: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ gasformig)

-Andra: 1733,3 kJ/mol (Zn²⁺ gasformig)

-Tredje: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ gasformig)

Atomradio

Empirisk 134

Radiokovalent

122 ± 16:00

Mohs hårdhet

2.5. Detta värde är betydligt lägre mot hårdheten hos andra övergångsmetaller, för att säga, volfram.

Magnetisk ordning

Diamagnetisk

Värmeledningsförmåga

116 W/(M · K)

Elektrisk resistans

59 nΩ · m vid 20 ° C

Löslighet

Det är olösligt i vatten så länge det skyddar det oxidskiktet. När detta har tagits bort genom attacken av en syra eller en bas, hamnar zinken med vattnet för att bilda komplexet ACU₂)₆²⁺, Ligger Zn²⁺ I mitten av en oktaedron begränsad av vattenmolekyler.

Sönderfall

När brännskador kan du frigöra giftiga partiklar från luften i luften. Under processen observeras en grönaktig färg och lysande ljus.

Kemiska reaktioner

Reaktion mellan zink och svavel inuti en degel där den grönaktiga blå färgen på lågorna kan ses. Källa: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

Zink är en reaktiv metall. Vid rumstemperatur kan ett skikt av oxid inte bara täcka det, utan utöver grundläggande karbonat, Zn₅(ÅH)₆(Co₃)₂, eller till och med sulfid, ZnS. När detta lager av varierad sammansättning förstörs av attacken av en syra, reagerar metallen:

Zn (s) + h₂Sw₄(AC) → Zn²⁺(Ac) + så₄²⁻(Ac) + h₂(g)

Kemisk ekvation motsvarande dess reaktion på svavelsyra och:

Zn (s) + 4 hno₃(AC) → Zn (nej₃)₂(AC) + 2 Nej₂(g) + 2 h₂Eller (l)

Med saltsyra. I båda fallen, även om det inte är skrivet, är Zn -komplexet ACU närvarande (OH₂)₆²⁺; Förutom om mediet är grundläggande, fäll sedan ut som zinkhydroxid, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Som är en vit, amorf och amfoterisk hydroxid, som kan fortsätta att reagera med mer OH -joner^-:

Zn (OH)₂(S)  + 2OH^-(AC) → Zn (OH)₄^2-(Ac)

Zn (OH)₄^2- Det är zinktoanjonen. I själva verket, när zink reagerar med en så stark bas, såsom koncentrerad NaOH, produceras natriumzinkto -komplexet direkt₂[Zn (OH₄]:

Zn (S) + 2NAOH (AC) + 2H₂Eller (l) → na₂[Zn (OH₄)] (ac) +h₂(g)

Zink kan också reagera med icke -metalliska element, såsom halogener i ett gasformigt tillstånd eller svavel:

Zn (s) + i₂(g) → Zni₂(S)

Zn (s) +s (s) → ZnS (s) (överlägsen bild)

Isotoper

Zink finns i naturen som fem isotoper: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) och ⁷⁰Zn (0,62 %). De andra är syntetiska och radioaktiva.

Elektronisk struktur och konfiguration

Zinkatomer kristalliseras i en kompakt hexagonal struktur (HCP), även om den är förvrängd, produkt från dess metallbindning. Valencia -elektroner som styr sådana interaktioner är enligt elektronisk konfiguration de som tillhör 3D- och 4S -orbitaler:

[AR] 3D¹⁰ 4S²

Båda orbitalerna är kompletta.

Följaktligen är Zn -atomer inte särskilt sammanhängande, tillverkade i sin låga smältpunkt (419.53 ºC) jämfört med andra övergångsmetaller. I själva verket är sådant ett kännetecken för grupp 12 -metaller (bredvid kvicksilver och kadmium), så ibland tvivlar de på om delar av block DS verkligen borde övervägas.

Även om 3D- och 4S -orbitalerna är fulla är zink en bra elektricitetsledare; Därför kan deras Valencia -elektroner "hoppa" drivbandet.

Oxidationsnummer

Det är omöjligt för zink att förlora sina tolv elektroner i Valencia eller ha ett oxidationsnummer eller tillstånd på +12, förutsatt att Zn -katjonen finns¹²⁺. Istället förlorar den bara två av sina elektroner; specifikt de från 4s orbital, uppför sig på samma sätt som alkalinetermetaller (SR. Scholambara).

När detta händer sägs det att zink deltar i föreningen med ett +2 oxidationsnummer eller tillstånd; det vill säga antagande av Zn -katjonen²⁺. I sin oxid, ZnO har till exempel zink detta oxidationsnummer (Zn²⁺ANTINGEN^2-). Detsamma gäller för många andra föreningar, att tänka på att bara Zn (ii) finns.

Kan tjäna dig: Butanone: Struktur, egenskaper och användningar

Men det finns också Zn (i) eller Zn⁺, som bara har tappat en av elektronerna i 4s orbital. Ett annat möjligt oxidationsnummer för zink är 0 (Zn⁰), där deras neutrala atomer interagerar med gasformiga eller organiska molekyler. Därför kan det se ut som Zn²⁺, Zn⁺ eller Zn⁰.

Hur erhålls det

Råmaterial

Mineralprov från Rumänien. Källa: James ST. John [CC av 2.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/2.0)]

Zink är i position nummer tjugo -fyra av de vanligaste elementen i jordens cortex. Det finns vanligtvis i svavelmineraler, fördelat till planetens bredd.

För att få metallen i sin rena form är det först nödvändigt att samla klipporna i underjordiska tunnlar och koncentrera zink -rika mineraler, som representerar det verkliga råmaterialet.

Bland dessa mineraler kan nämnas: Sphalerite eller Wurzita (ZnS), femtiotalet (ZnO), Willemita (Zn₂Sio₄), Esmitsonita (znco₃) och Gahnita (znal₂ANTINGEN₄). Spheny är den överlägset huvudkällan till zink.

Kalcinering

När mineralet har koncentrerats efter en process med flotation och rening av klipporna måste det beräknas för att förvandla sulfiderna till deras respektive. I detta steg värmer mineralen helt enkelt i närvaro av syre och utvecklar följande kemiska reaktion:

2 ZnS (S) + 3 O₂(g) → 2 ZnO (S) + 2 Så₂(g)

Så₂ reagerar också med syre för att generera så₃, Förening för svavelsyrasyntes.

När ZnO har erhållits kan detta skickas antingen till en pyrometallurgisk process eller till en elektrolys, där slutresultatet är bildandet av metallzink.

Pyrometallurgisk process

ZnO reduceras med kol (mineral eller coque) eller kolmonoxid:

2 ZnO (S) + C (S) → 2 Zn (G) + CO₂(g)

ZnO (S) + CO (G) → Zn (G) + CO₂(g)

Svårigheten mot denna process är genereringen av gaszink, efter dess låga kokpunkt, som överskrids av ugnens höga temperaturer. Det är därför zinkångor måste destilleras och separeras från andra gaser, medan deras kristaller på smält bly är kondenserade.

Elektrolytisk process

Av de två metoderna för att få är detta den mest använda världen över. ZnO reagerar med utspädd svavelsyra på lakande zinkjoner såsom deras sulfat salt:

Zno (s) + h₂Sw₄(AC) → ZnSO₄(Ac) + h₂Eller (l)

Slutligen är denna lösning elektrolys för att generera den metalliska zink:

2 Znso₄(Ac) + 2 h₂Eller (l) → 2 Zn (s) + 2 h₂Sw₄(AC) + eller₂(g)

Risker

I underavsnittet av kemiska reaktioner nämndes att vätgas är en av huvudprodukterna när zink reagerar med vatten. Det är därför, i ett metalliskt tillstånd, måste det lagras ordentligt och utanför räckvidden för syror, baser, vatten, svavel eller någon värmekälla; Annars löper risken för brand.

Ju mer fint uppdelad zink är, desto större är risken för eld eller till och med explosion.

För resten, så länge temperaturen inte är nära 500 ° C, representerar dess fasta eller granulerade form inte någon fara. Om det täcks av ett oxidskikt kan det manipuleras med bara händer, eftersom det inte reagerar med deras fuktighet; Men som alla fastigheter är det irriterande för ögon och luftvägar.

Även om zink är oumbärlig för hälsan, kan en överskottsdos orsaka följande symtom eller laterala effekter:

- Illamående, kräkningar, matsmältningsbesvär, huvudvärk och mag eller diarré.

- Förskjuter koppar och järn under dess absorption i tarmen, vilket återspeglas i växande svagheter i lemmarna.

- Njurberäkningar.

- Förlust av luktkänslan.

Ansökningar

- Metall

Legeringar

Många musikinstrument är gjorda av mässing, en legering koppar och zink. Källa: Pxhere.

Kanske är zink en av metallerna, tillsammans med koppar, som bildar de mest kända legeringarna: mässing och galvaniserat järn. Mässan har observerats är många tillfällen under en musikalisk orkester, eftersom instrumentens gyllene ljusstyrka delvis beror på nämnda koppar- och zinklegering.

Metallisk zink har inte för många användningsområden, även om det är rullat. När ett lager av denna metall är elektrodepos på en annan, skyddar den första den andra från korrosion genom att vara mer mottaglig för oxidation; det vill säga zink oxiderar före järn.

Det är därför stål är galvaniserade (de täcker med zink) för att öka sin hållbarhet. Exempel på dessa galvaniserade stål finns också i "zink" taksymfin.

Kan tjäna dig: kromatogram

Du har också Aluzinc, en aluminium-zinklegering som används i civila konstruktioner.

Reduktionsmedel

Zink är ett bra reducerande medel, så det förlorar sina elektroner för en annan art för att vinna dem; Särskilt en metallkation. När du dammar dess reducerande verkan är ännu snabbare än den granulerade fasta ämnet.

Det används i processerna för att erhålla metaller från dess mineraler; som Rodio, Silver, Cadmium, Gold and Copper.

På samma sätt används dess reducerande verkan för att minska organiska arter, som kan vara involverade i oljeindustrin, såsom bensen och bensin, eller i läkemedelsindustrin. Å andra sidan hittar zinkdamm också applicering i de alkaliska batterierna i zink-mangan dioxid.

Diverse

Zinkdamm med tanke på dess reaktivitet och mer energisk förbränning finner användning som ett tillsatsmedel i huvuden på matcherna, i sprängämnen och fyrverkerier (de undervisar vita blixtar och grönaktiga lågor).

- Föreningar

Sulfid

Titta med fosforescerande färg i nålar och timmar. Källa: Francis Flinch [Public Domain]

Zinksulfid har egenskapen att vara fosforescerande och självlysande, så den används i utarbetandet av ljusfärger.

Oxid

Den vita färgen på dess oxid, som dess semi och fotonledningsförmåga, används som ett keramiskt pigment och papper. Dessutom finns det i talk, kosmetika, gummi, plast, tyger, mediciner, bläck och emaljer.

Kosttillskott

Vår kropp behöver zink för att uppfylla många av dess vitala funktioner. För att förvärva det är det införlivat i vissa näringstillskott i form av oxid, glukonat eller acetat. Det finns också i krämer för att lindra brännskador och hudirritationer och i schampuserna.

Några kända eller tillhörande fördelar med zinkintag är:

- Förbättra immunsystemet.

- Det är en bra antiinflammatorisk.

- Minskar de irriterande symtomen på förkylning.

- Förhindrar cellskador i näthinnan, så det rekommenderas för syn.

- Det hjälper till att reglera testosteronnivåer och är på samma sätt förknippat med människors fertilitet, kvaliteten på deras spermier och utvecklingen av muskelvävnad.

- Reglerar interaktioner mellan hjärnneuroner, så det är kopplat till förbättringar i minne och lärande.

-Och dessutom är det effektivt vid behandling av diarré.

Dessa zinktillskott uppnås på marknaden som kapslar, tabletter eller sirap.

Biologiskt papper

I kolhydres- och karboxympidas

Man tror att zink är en del av 10% av de totala enzymerna i människokroppen, cirka 300 enzymer. Bland dem kan de nämna kolhydras och karboxipeptidas.

Karbonanhydras, ett zinkberoende enzym, verkar på vävnadsnivå som katalyserar reaktionen av koldioxid med vatten för att bilda bikarbonat. Vid bikarbonat till lungorna, vänder enzymet reaktionen och koldioxiden bildas, som utvisas utomlands under utgången.

Karboxipeptidas är ett exopeptidas som smälter proteiner och släpper aminosyror. Zinkhandlingar genom att tillhandahålla en positiv belastning som underlättar interaktionen mellan enzymet med proteinet som gräver.

Vid prostataoperation

Zink finns i olika organ i människokroppen, men presenterar den största koncentrationen i prostata och sperma. Zink ansvarar för korrekt prostatafunktion och i utvecklingen av manliga reproduktionsorgan.

Zinkfingrar

Zink ingriper i RNA -metabolism och DNA. Zinkfingrar (Zn-fingers) består av zinkatomer som fungerar som bindande broar mellan proteiner, som tillsammans ingriper i flera funktioner.

Zinkfingrar är användbara vid läsning, skrivning och transkription av DNA. Dessutom finns det hormoner som använder dem i funktioner associerade med tillväxthomeostas i hela kroppen.

I glutamatreglering

Glutamat är den huvudsakliga excitatoriska neurotransmitteren i hjärnbarken och i hjärnstammen. Zink ackumuleras i glutaminergiska presynaptiska vesiklar, ingripande i regleringen av neurotransmitter glutamat och neuronal excitabilitet.

Det finns bevis för att en överdriven frisättning av neurotransmitter glutamat kan ha en neurotoxisk verkan. Därför finns det mekanismer som reglerar deras befrielse. Zinkhomeostas spelar således en viktig roll i den funktionella regleringen av nervsystemet.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Zink. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (16 juli 2016). Zink: Kemiska reaktionioner. Återhämtat sig från: pilgaardelegs.com
4. Nationellt centrum för bioteknikinformation. (2019). Zink. Pubchemdatabas. CID = 23994. Återhämtat sig från: pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov
5. Wojes Ryan. (25 juni 2019). Egenskaperna och användningen av zinkmetall. Återhämtat sig från: TheBalance.com
6. herr. Kevin a. Baudreaux. (s.F.). Zink + svavel. Återhämtat sig från: Angelo.Edu
7. Alan w. Richards. (12 april 2019). Zinkbehandling. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com
8. Renhetszinkmetaller. (2015). Branschapplikationer. Återhämtat sig från: Purityzinc.com
9. Nordqvist, J. (5 december 2017). Vilka är hälsofördelarna med zink? Medicinska nyheter idag. Återställt från: MedicalNewStody.com